پروتکل‌های اینترنت اشیا (IoT Protocols) بخش مهمی از تکنولوژی اینترنت اشیا هستند و بدون آنها سخت‌افزارها بدون استفاده می‌شوند چرا که پروتکل‌های IoT سخت‌افزارها را قادر می‌سازد تا داده‌ها به روشی ساختاریافته و معنادار مبادله شوند. وقتی صحبت از اینترنت اشیا می‌شود، ارتباط به ذهنمان می‌رسد. تعامل بین سنسورها، دستگاه‌ها، گیت‌ها، سرورها و برنامه‌های کاربردی کاربر، ویژگی اساسی است که اینترنت اشیا را شکل می‌دهد. اما آنچه که این چیزهای هوشمند را قادر می‌سازد تا با یکدیگر ارتباط برقرار کنند، پروتکل اینترنت اشیا است که می‌توان آن را زبانی دانست که ابزار اینترنت اشیا برای برقراری ارتباط از آن استفاده می‌کند. در این مطلب تصمیم داریم در مورد پروتکل IoT و انواع آن، پروتکل mqtt در اینترنت اشیا، پروتکل های امنیتی اینترنت اشیا، پروتکل های ارتباطی اینترنت اشیا و پروتکل rpl در اینترنت اشیا صحبت کنیم.
چرا پروتکل اینترنت اشیا مهم است؟
مزیت و ارزش اینترنت اشیا به خاطر توانمندسازی اجزای مختلف برای ارتباط با یکدیگر است؛ این توانایی برقراری ارتباط همان چیزی است که داده‌ها را از دستگاه‌های مختلف خط اینترنت اشیا دریافت کرده و به سرورهای مرکزی می‌رساند. این ارتباط از طریق پروتکل‌های اینترنت اشیاء اتفاق می‌افتد که تضمین می‌کند داده‌ها از دستگاه‌های نقطه پایانی مانند سنسورها دریافت شده و توسط مراحل بعدی‌تر در این محیط متصل درک می‌شوند؛ فارغ از اینکه مراحل بعدی آن داده، یک دستگاه نقطه پایانی دیگر باشد یا یک دروازه و یا یک اپلیکیشن. به زبان ساده می‌توان گفت پروتکل های اینترنت اشیا به اندازه‌ی خود چیزها برای وجود اینترنت اشیاء حیاتی هستند.
اگرچه پروتکل‌ها به عنوان یک گروه جمعی برای عملکرد IoT ضروری هستند اما همه‌ی پروتکل‌ها به طور یکسانی ایجاد نمی‌شوند. همه‌ی پروتکل‌ها در هر شرایطی به خوبی کار نمی‌کنند و یا حتی می‌توان گفت همه‌ی آنها در یک شرایط یکسان کار نمی‌کنند. برخی از پروتکل‌های اینترنت اشیا برای استفاده از IoT درون ساختمان‌ها مناسب هستند؛ برخی برای استقرار اینترنت اشیا در بین ساختمان‌ها به خوبی کار می‌کنند و در نهایت برخی دیگر برای موارد استفاده از اینترنت اشیاء ملی یا جهانی کاربرد دارند.
اینترنت اشیاء چند پروتکل دارد؟
چندین پروتکل اینترنت اشیا وجود دارد که هر کدام قابلیت‌ها یا ترکیب از ویژگی‌های خاص را ارائه می‌دهند که باعث می‌شود نسبت به دیگری برای استقرار اینترنت اشیاء خاص ترجیح داده شوند. هر پروتکل اینترنت اشیا ارتباط دستگاه به دستگاه، دستگاه به دروازه یا دستگاه به ابر / مرکز داده و یا ترکیبی از این ارتباطات را فعال می‌کند. عواملی مانند موقعیت جغرافیایی و یا موقعیت مکانی خاص، نیازهای مصرف انرژی، گزینه‌های قابل کارکرد با بارتی، وجود موانع فیزیکی و هزینه‌ها مشخص می‌کنند که کدام پروتکل برای استقرار اینترنت اشیاء بهینه است.
(به مطلبی که درباره اتاق هوشمند کودک نوشته‌ایم مراجعه کنید.)
لایه‌های مختلف معماری اینترنت اشیا
سیستم‌های شبکه به عنوان دسته‌ای از تکنولوژی‌ها ساخته شده‌اند. این سیستم‌ها اغلب در یک مدل مرجع تجسم می‌شوند؛ نمونه‌ای از چارچوب که تکنولوژی از آن برای مفهوم‌سازی نحوه‌ی انتقال داده‌ها در کل دسته استفاده می‌کند. شناخته‌شده‌ترین آنها مدل مدل اتصال متقابل سامانه‌های باز (OSI) است که هفت لایه را فهرست می‌کند. این لایه‌ها عبارتند از:
- لایه‌ی فیزیکی
- لایه‌ی پیوند داده
- لایه‌ی شبکه
- لایه‌ی انتقال
- لایه‌ی جلسه
- لایه‌ی نمایش
- لایه‌ی کاربرد
اینترنت اشیاء نیز در مدلی چند لایه بیان می‌شود. اگرچه برخی از مدل هفت لایه OSI استفاده می‌کنند برخی دیگر شامل موارد زیر می‌شود:
- مدل سه لایه: ادراک، شبکه و کاربرد
- مدل چهار لایه: ادراک، پشتیبانی، شبکه و کاربرد
- مدل پنج لایه: ادراک، انتقال، پردازش، کاربرد و کسب و کار یا لایه‌ی فیزیکی، یپوند داده، شبکه، انتقال و کاربرد
پروتکل‌های مورد استفاده معمولا بر اساس لایه متفاوت هستند. به این ترتیب، یک اکوسیستم IoT می‌تواند چندین پروتکل داشته باشد و هر پروتکل امکان ارتباط در لایه‌های مختلف و یا بین پروتکل‌ها را فراهم کند. به عنوان مثال، بلوتوث و وایرلس، از ارتباط در پایین‌ترین لایه‌ها پشتیبانی می‌کنند در حالی که سرویس توزیع داده‌ها (DDS) و MQTT در لایه‌ی کاربرد کار می‌کنند.
(به مطلبی که درباره سیستم مدیریت ساختمان (BMS) نوشته‌ایم هم سری بزنید.)
مروری بر پروتکل‌های اینترنت اشیا (IoT)
همانطور که گفتیم تکنولوژی‌ها می‌توانند هنگام ساخت شبکه‌ای برای اکوسیستم IoT خود از چندین پروتکل استفاده کنند. پروتکل های شبکه‌ی اینترنت اشیا برای اتصال دستگاه‌ها از طریق شبکه مورد استفاده قرار می‌گیرند. این مجموعه از پروتکل‌ها معمولا از طریق اینترنت استفاده می‌شوند. در ادامه به معرفی پروتکل های مختلف شبکه‌ی اینترنت اشیا اشاره می‌کنیم.
پروتکل اینترنت اشیاء : 1. پروتکل برنامه‌های محدود شده (Constrained Application Protocol)
درحالی که زیرساخت‌های اینترنت موجود برای تمام دستگاه‌های IoT به طور رایگان موجود و قابل استفاده است، در اکثر موارد استفاده از اینترنت اشیا بسیار سنگین و پرمصرف است. پروتکل برنامه‌های محدودشده (CoAP) برای ترجمه‌ی مدل HTTP طراحی شد تا بتوان از آن در محیط‌های محدودکننده‌ی دستگاه و شبکه استفاده کرد. پروتکل CoAP اینترنت اشیا برای پاسخگویی به نیازهای سیستم‌های IoT مبتنی بر HTTP طراحی شده و برای برقراری ارتباط امن بین نقاط پایانی، بر پروتکل بسته داده‌ی کاربر (UDP) متکی است. با اجازه‌ی پخش و پخش چندگانه، UDP می‌تواند داده‌ها را به چندین میزبان منتقل کند درحالی که سرعت ارتباط و استفاده از پهنای باند کم را حفظ می‌کند؛ این کار باعث می‌شود این پروتکل برای شبکه‌های بی‌سیمی که معمولا در محیط‌های ماشین به ماشین (M2M) با محدودیت منابع استفاده می‌شوند، مناسب باشد.
نکته‌ی مشترک دیگر CoAP با HTTP معماری انتقال بازنمودی حالت (RESTful) است که از یک مدل تعاملی درخواست/پاسخ بین نقاط پایانی برنامه پشتیبانی می‌کند. بعلاوه، پروتکل CoAP اینترنت اشیا از روش‌های اولیه‌ی دریافت، ارسال، قرار دادن و حذف HTTP استفاده می‌کند که به لطف آن می‌توان در هنگام ارتباط بین بخش‌ها از ابهام جلوگیری کرد. پروتکل CoAP دارای کیفیت خدمات است که برای کنترل پیام‌های ارسال‌شده استفاده می‌شود و آنها را به عنوان «قابل تایید» یا «غیرقابل تایید» مشخص می‌کند و نشان می‌دهد آیا دریافت‌کننده باید تایید را بازگرداند یا خیر.
از دیگر ویژگی‌های جالب CoAP این است که این پروتکل از مذاکره‌ی محتوا و مکانیزم کشف منابع پشتیبانی می‌کند. جدای از انتقال داده‌های IoT، این پروتکل برای تبادل امن پیام‌ها در لایه‌ی انتقال از امنیت لایه انتقال دیتاگرام (DTLS) استفاده می‌کند. CoAP بطور کامل نیازهای یک پروتکل بسیار سبک را برای برآوردن نیازهای دستگاه‌های باتری‌دار یا کم‌انرژی برطرف می‌کند و در مجموع زمانی که صبحت از سیستم‌های IoT مبتنی بر وب می‌شود، مناسب است.
پروتکل اینترنت اشیا : 2. انتقال تله‌متری صف‌بندی پیام‌ها (Message Queuing Telemetry Transport)
احتمالا گسترده‌ترین استاندارد استفاده شده در اینترنت اشیاء صنعتی تا به امروز، پروتکل انتقال تله‌متری صف‌بندی پیام‌ها (MQTT) است؛ یک پروتکل پیام‌رسان سبک وزن از نوع انتشار و اشتراک (pub/sub). این پروتکل برای دستگاه‌های مبتنی بر باتری طراحی شده و معماری آن ساده و سبک‌وزن است که باعث مصرف کم‌تر انرژی در دستگاه‌ها می‌شود. پروتکل MQTT روی پروتکل TCP/IP کار شده و به ویژه برای شبکه‌های ارتباطی غیرقابل اعتماد طراحی شده است تا به مشکل تعداد فزاینده‌ی دستگاه‌های کم‌مصرف ارزان قیمت کوچک که در سال‌های اخیر در شبکه ظاهر شده‌اند، پاسخ دهد.
پروتکل mqtt در اینترنت اشیا
پروتکل MQTT مبتنی بر مدل اشتراک، انتشار و کارگذار است. در این مدل، وظیفه‌ی ناشر جمع‌اوری داده و ارسال اطلاعات به مشترکین از طریق لایه‌ی میانجی یعنی کارگذار است. از سوی دیگر نقش کارگذار تضمین امنیت با بررسی متقابل تایید ناشران و مشترکان است.
پروتکل mqtt در اینترنت اشیا سه روش برای دستیابی به این امر ارائه می‌دهد (کیفیت خدمات) که به لطف آن ناشر می‌تواند کیفیت پیام خود را تعریف کند:
- QoS0 (حداکثر یکبار): کمترین حالت اعتماد اما همچنین سریع‌ترین حالت است. انتشار ارسال شده است اما تاییدیه دریافت نشده است.
- QoS1 (حداقل یکبار): تضمین می‌کند که پیام حداقل یکبار تحویل داده شده است اما ممکن است موارد تکراری دریافت شود.
- QoS2 (دقیقا یکبار): قابل اعتمادترین حالت که در عین حال بیشترین پهنای باند را مصرف می‌کند. تکرارها کنترل می‌شوند تا اطمینان حاصل شود پیام تنها یکبار ارسال شده است.
(در مقاله‌ی دفتر کار هوشمند با اجزای تشکیل دهنده و مزایای آن آشنا شوید.)
ویژگی‌ها، کاربردها و محدودیت‌های پروتکل MQTT
پروتکل mqtt در اینترنت اشیا کاربرد گسترده‌ای در دستگاه‌های اینترنت اشیا مانند کنتورهای الکتریکی، وسایل نقلیه، دتکتورها و تجهیزات صنعتی یا بهداشتی دارد و به نیازهای زیر به خوبی پاسخ می‌دهد:
- حداقل استفاده از پهنای باند
- عملیات از طریق شبکه‌های وایرلس یا بی‌سیم
- مصرف انرژی پایین
- قابلیت اطمینان خوب در صورت لزوم
- منابع پردازش و حافظه‌ی کم
پروتکل MQTT علیرغم ویژگی‌های آن، به خاطر انتقال پیام‌ها از طریق TCP و مدیریت نام‌های طولانی می‌تواند برای برخی دستگاه‌های محدودکننده، مشکل‌ساز باشد. البته این مشکل از طریق واریانت MQTT-SN که از UDP استفاده می‌کند و از نمایه‌سازی نام موضوع پشتیبانی می‌کند، قابل حل شدن است. با این حال، MQTT علیرغم پذیرش گسترده‌ی آن، از یک مدل ساختار مدیریت دستگاه و نمایش داده‌ی خوب که اجرای مدیریت داده و قابلیت‌های مدیریت دستگاه آن را کاملا مختص پلتفرم یا فروشنده می‌سازد، پشتیبانی نمی‌کند.
( مطلب خانه هوشمند Control4 نیز می‌تواند برایتان مفید واقع شود.)
پروتکل اینترنت اشیا : 3. وای فای (WiFi)
ایجاد یک شبکه‌ی وای فای مستلزم دستگاه‌هایی است که بتوانند سیگنال‌های وایرلس ارسال کنند؛ دستگاه‌هایی مانند تلفن، کامپیوتر و روتر. در خانه از روتر برای انتقال اتصال اینترنت از شبکه‌ی عمومی به یک شبکه‌ی خانگی یا اداری خصوصی استفاده می‌شود. پروتکل وای فای (WIFI) یک اتصال اینترنت فراهم می‌کند تا دستگاه‌های نزدیک به آن که در محدوده‌ی خاصی قرار دارند، متصل شوند. راه دیگر برای استفاده از WiFi ایجاد یک نقطه اتصال یا Hotspot وای فای است؛ یعنی تلفن‌ها یا کامپیوترها می‌توانند با پخش یک سیگنال، اتصال اینترنت بی‌سیم یا سیمی را با دستگاه‌های دیگر به اشتراک بگذارند.
وای فای از امواج رادیویی استفاده می‌کند که اطلاعات را در فرکانس‌های مشخصی مانند 2.4 گیگاهرتز یا 5 گیگاهرتز پخش می‌کند. هر دوی این محدوده فرکانس‌ها دارای تعدادی کانال هستند که دستگاه‌های بی‌سیم مختلف می‌توانند با آن کار کنند و به توزیع بار کمک می‌کنند تا اتصال‌های جداگانه قطع نشوند. این مساله تا حد زیادی از ازدیاید شبکه‌های بی‌سیم جلوگیری می‌کند. بُرد معمولی برای اتصال وای فای استاندارد حدودا 100 متر است. با این حال، معمول‌ترین برد محدود به 10 تا 35 متر است.
پوشش موثر شبکه تا حد زیادی تحت تاثیر قدرت آنتن‌دهی یا فرکانس انتقال است. محدوده و سرعت اتصال اینترنت وای فای بستگی به محیط و پوشش داخلی یا خارجی آن دارد. بنابراین، سرعت دستگاه‌های مختلفی که از اتصال اینترنت وای فای استفاده می‌کنند با نزدیک شدن به منبع اصلی افزایش می‌یابد و در مقابل با دور شدن از منبع نیز این سرعت کاهش می‌یابد.
(پیشنهاد می‌کنیم از مطلب بیمارستان هوشمند نیز دیدن کنید.)
پروتکل اینترنت اشیا : 4. زیگبی (ZigBee)
شبکه‌های مبتنی بر ZigBee با مصرف انرژی کم، توان عملیاتی کم (حداکثر 250 کیلوبیت در ثانیه) و محدوده‌ی اتصال 100 متر بین گره‌ها شناخته می‌شوند. کاربردهای معمول استفاده از این پروتکل اینترنت اشیا شامل شبکه‌های حسگر، شبکه‌های شخصی (WPAN)، اتوماسیون خانگی، سیستم‌های هشدار و سیستم‌های نظارتی می‌شود. مشخصات اولیه‌ی زیگبی به عنوان یک استاندارد IEEE در سال 2003 شناخته شد و اولین ماژول‌های OEM منطبق بر ZigBee در ابتدای سال 2006 به فروش انبوه رسید.
پروتکل زیگبی (ZigBee) به عنوان استانداردی برای شبکه‌های رادیویی خودپیکربندی و کوتاه‌برد و برای استفاده در سیستم‌های تله‌متری و ارتباط بین انواع سنسورها، دستگاه‌های نظارتی و همینطور خواندن بی‌سیم نتایج اندازه‌گیری کنتورهای انرژی و گرما و غیره، طراحی و ساخته شد. استاندارد ZigBee یک پروتکل نسبتا ساده، مقاوم در برابر خطاهای ارتباطی و خوانش‌های غیرمجاز و پروتکل تبادل داده‌های بسته است که اغلب در دستگاه‌هایی با نیازهای کم مانند میکروکنترلرها، سنسورها و غیره قرار داده می‌شود.
نصب و نگهداری پروتکل ZigBee اینترنت اشیا آسان است زیرا این استاندارد مبتنی بر توپولوژی شبکه‌ی خودمونتاژ و خودترمیم‌شونده است. این استاندارد همچنین به راحتی به هزاران گره تبدیل می‌شود و امروزه تامین‌کنندگان زیادی هستند که دستگاه‌هایی مبتنی بر این استاندارد ارائه می‌دهند.
پروتکل اینترنت اشیا : 5. بلوتوث (Bluetooth)
بلوتوث تکنولوژی‌ای است که به دستگاه‌های الکترونیکی مختلف مانند تلفن، کیبورد، کامپیوتر، لپ‌تاپ، موشواره، پرینتر، هدست یا بلندگو و غیره امکان اتصال بی‌سیم می‌دهد. به زبان دیگر می‌توان گفت تکنولوژی بلوتوث یک استاندارد باز است که در مشخصه‌ی IEEE 802.15.1 تعریف می‌شود و ویژگی‌های فنی آن شامل سه کلاس توان انتقال ERP 1-3 با محدوده‌ی به ترتیب 100، 10 و 1 متر در فضای باز می‌شود. رایج‌ترین کلاس آن نیز مورد دوم یعنی 10 متر است که به فرد امکان می‌دهد به دستگاه‌هایی در اتاق‌های مختلف و حتی در طبقات مختلف، متصل شوند. پروتکل بلوتوث از امواج رادیویی در باند فرکانسی 2.4 گیگاهرتز ISM استفاده می‌کند و دستگاهی که امکان استفاده از این استاندارد را فراهم می‌کند آداپتور بلوتوث است.
در تکنولوژی بلوتوث داده‌ها به صورت بسته به یکی از 79 کانال (در مورد استاندارد بلوتوث 1) با پهنای باند 1مگاهرتز ارسال می‌شوند که حداکثر سرعت 721 کیلوبیت بر ثانیه را ارائه می‌دهد. آخرین نسخه‌های بلوتوث (بلوتوث 4)، 40 کانال با پهنای باند 2 مگاهرتز وجود دارد که سرعت انتقال داده‌ها در آن حداکثر 3 مگابیت بر ثانیه است. لازم به ذکر است که استانداردهای بلوتوث جدیدتر که انتقال داده‌های سریعتر و ایمنی بیشتر ارائه می‌دهند با نسخه‌های قدیمی‌تر نیز سازگار هستند.
( در مطلب خانه هوشمند Interra با قیمت و تجهیزات این خانه هوشمند آشنا شوید.)
پروتکل اینترنت اشیا : 6. پروتکل پیام‌رسانی و حضور گسترش‌پذیر (Extensible Messaging and Presence Protocol)
پروتکل پیام‌رسانی و حضور گسترش‌پذیر (XMPP) در سال 1999 توسط انجمن منبع باز Jabber برای پیام‌رسانی فوری طراحی شد. این پروتکل امکان تبادل فوری داده‌های ساختاریافته اما قابل توسعه بین دو یا چند مشتری شبکه را فراهم می‌کند. XMPP از زمان آغاز به طور گسترده‌ای به عنوان یک پروتکل ارتباطی مورد استفاده قرار گرفته است. با گذشت زمان و ظهور مشخصات سبک‌وزن XMPP، یعنی XMPP-IoT، در زمینه‌ی اینترنت اشیا نیز مورد استفاده قرار گرفت. نقاط قوت XMPP-IoT به عنوان یک استاندارد پشتیبانی‌شده‌ی منبع باز شامل قابلیت‌های آدرس‌دهی و مقیاس‌پذیری می‌شود که این استاندارد را برای اینترنت اشیاء مبتنی بر مصرف‌کننده، مناسب می‌سازد.
از معایت XMPP در ارتباطات اینترنت اشیا می‌توان به عدم ارائه‌ی کیفیت خدمات و رمزگذاری سرتاسری اشاره کرد. به خاطر این محدودیت‌ها، پیش‌بینی می‌شود کاربرد این استاندارد در IoT به طور ضعیفی به صنعت متصل می‌شود و قطعا مانند MQTT یا LwM2M به یک استاندارد روزمره برای اهداف تبادل داده و مدیریت دستگاه‌های محدود به منابع مورد استفاده قرار نخواهد گرفت.
(پس از مطالعه این بخش، می توانید سری به مقاله آشنایی با پروتکل knx بزنید.)
پروتکل XMPP به عنوان یک نمونه از پروتکل‌های ارتباطی اینترنت اشیا برای میان‌افزار مبتنی بر پیام، بر اساس زبان XML است.
پروتکل اینترنت اشیا : 7. سرویس توزیع داده‌ها (Data-Distribution Service)
پروتکل سرویس توزیع داده‌ها (DDS) بر اساس روش انتشار و اشتراک توسعه داده شده است. پروتکل DDS برای ارتباطات فوری ماشین به ماشین که توسط گروه مدیریت شیء (OMG) طراحی شد، تبادل داده‌های مقیاس‌پذیر، قابل اعتماد، با کارآیی بالا و قابل تعامل را بین دستگاه‌های متصل مستقل از سخت‌افزار و پلتفرم نرم‌افزاری را امکان‌پذیر می‌سازد. این پروتکل از معماری بدون واسطه و چندپخش برای ارائه‌ی QoS باکیفیت بالا و اطمینان از ارتباط دستگاه‌ها استفاده می‌کند. معماری پروتکل DDS مبتنی بر لایه‌ی انتشار-اشتراک داده محوری (DCPS) و لایه‌ی (اختیاری) بازسازی محلی داده (DLRL) است. درحالی که لایه‌ی DCPS مسئول توزیع داده آگاهانه، قابل مقایس و کارآمد برای مشترکین است، DLRL رابطی برای عملکردهای DCPS ارائه می‌دهد که امکان انتقال داده‌ها بین اشیاء متصل به اینترنت اشیا را فراهم می‌کند.
اگرچه DDS یک راه‌حل معمول برای اینترنت اشیاء نیست اما کاربرد خود را در برخی استفاده‌های صنعتی اینترنت اشیا مانند کنترل ترافیک هوایی، مدیریت شبکه‌ی هوشمند، اتومبیل‌های مستقل، سیستم‌های حمل‌ونقل، روباتیک، تولید برق و خدمات مراقبت بهداشتی، دارد. روی هم رفته، پروتکل DDS می‌تواند برای مدیریت تبادل اطلاعات بین دستگاه‌های سبک‌وزن و ارتباط داخلی شبکه‌های حسگر بزرگ با کارآیی بالا مناسب باشد. این پروتکل IoT بعلاوه می‌تواند داده‌ها را از فضای ابری ارسال و دریافت کند.
(به مطلبی که درباره خانه هوشمند اورویبو نوشتیم مراجعه کنید.)
پروتکل اینترنت اشیا : 8. پروتکل پیشرفته‌ی صف‌بندی پیام (Advanced Message Queuing Protocol)
پروتکل پیشرفته‌ی صف‌بندی پیام (AMQP) یک پروتکل از نوع انتشار/اشتراک استاندارد باز است که در سال 2003 ایجاد شد و ریشه در بخش خدمات مالی دارد. اگرچه این پروتکل در زمینه‌ی تکنولوژی ارتباطات اطلاعات جایگاه ویژه‌ای به دست آورده است اما استفاده از آن هنوز در صنعت اینترنت اشیا محدود است. این پروتکل ویژگی‌هایی مانند جهت‌گیری پیام، صف‌بندی، مسیریابی (از جمله سرتاسری و انتشار/اشتراک)، قابلیت اطمینان و امنیت را ارائه می‌دهد. احتمالا بزرگترین مزیت AMQP مدل ارتباطی قوی آن است. این پروتکل می‌تواند تراکنش‌های کامل را تضمین کند؛ اگرچه این ویژگی کاربردی است اما همیشه چیزی نیست که کاربردهای IoT به آن احتیاج داشته باشند.
از آنجایی که AMQP سنگین است برای دستگاه‌های حسگر با حافظه، توان یا پهنای باند شبکه‌ی محدود مناسب نیست اما برای موارد خاصی از IoT می‌تواند تنها پروتکل قابل اجرا برای کاربردهای سرتاسری باشد؛ از جمله نمونه‌هایی مانند ماشین‌های صنعتی سنگین.
(پیشنهاد می‌کنیم مطلب بهترین شرکت‌های هوشمند سازی در دنیا را نیز مطالعه کنید.)
پروتکل اینترنت اشیا : 9. Lightweight M2M
آنچه LwM2M را از دیگر پروتکل های اینترنت اشیا متمایز می‌سازد این است که این استاندارد به طور ویژه برای برآورده ساختن الزامات مدیریت جامع دستگاه‌های دارای محدودیت منابع طراحی شده است. LwM2M در سال 2014 توسط Open Mobile Alliance راه‌اندازی شد و یک استاندارد کاملا مناسب و تعریف‌شده برای ارتباطات داده‌های اینترنت اشیا و مدیریت دستگاه ارائه می‌دهد.
پروتکل اینترنت اشیا : 10. شبکه‌ی سلولی (Cellular)
شبکه‌ی سلولی یکی از گسترده‌ترین و شناخته‌شده‌ترین گزینه‌های موجود برای برنامه‌های اینترنت اشیا است و یکی از بهترین گزینه‌ها برای مواردی است که ارتباط در فواصل طولانی‌تر مورد نیاز است. اگرچه استانداردهای سلولی قدیمی 2G و 3G امروزه در حال حذف شدن هستند اما شرکت‌های مخابراتی به سرعت در حال گسترش استانداردهای جدیدتر و سریعتر مانند 4G/LTE و 5G هستند. شبکه‌ی سلولی پهنای باند بالا و ارتباط قابل اطمینان را ارائه می‌دهد و قادر است مقادیر بالایی از داده‌ها را ارسال کند که برای بسیاری از کاربردهای IoT مهم است. با این حال، این ویژگی‌ها با هزینه‌ای همراه هستند که شامل قیمت بالاتر و مصرف بالاتر انرژی نسبت به سایر گزینه‌ها می‌شود.
(پس از این مطلب سری هم به لیست تجهیزات و قیمت خانه هوشمند اشنایدر بزنید.)
پروتکل اینترنت اشیا : 11. LoRa و LoRaWAN
لورا (Long Range) یک تکنولوژی بی‌سیم غیرسلولی برای بردهای طولانی است که همانطور که از نام آن مشخص است، یک ارتباط دوربُرد ارائه می‌دهد. این پروتکل کم مصرف و با انتقال ایمن داده برای کاربردهای ماشین به ماشین و استقرار اینترنت اشیا است. لورا یک فناوری اختصاصی است که اکنون بخشی از پلتفرم فرکانس رادیویی سمتک (Semtech) محسوب می‌شود. LoRaWAN نیز به دنبال LoRa طراحی شده و به عنوان یک پروتکل باز مبتنی بر ابر به دستگاه‌ها امکان می‌دهد با LoRa ارتباط برقرار کنند.
پروتکل اینترنت اشیا : 12. پروتکل Z-Wave
یکی دیگر از گزینه‌های اختصاصی در پروتکل اینترنت اشیا، پروتکل Z-Wave است؛ یک پروتکل ارتباطی شبکه‌ی بی‌سیم که بر اساس فناوری فرکانس رادیویی کم مصرف ساخته شده است. Z-Wave همانند وای‌فای و بلوتوث به دستگاه‌های هوشمند امکان می‌دهد با رمزگذاری ارتباط برقرار کنند و در نتیجه سطحی از امنیت را در اینترنت اشیا ارائه می‌دهد. از این پروتکل معمولا برای محصولات هوشمند سازی خانگی و سیستم‌های امنیتی و همینطور در کاربردهای تجاری مانند تکنولوژی‌های مدیریت انرژی، استفاده می‌شود.
بنابراین پروتکل Z-Wave جز پروتکل های ارتباطی اینترنت اشیا می باشد.
پروتکل های اینترنت اشیاء : 13. پروتکل rpl در اینترنت اشیا
پروتکل مسیریابی برای شبکه‌های کم‌توان و پراتلاف در اینترنت اشیا (Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks) یا پروتکل rpl در اینترنت اشیا یک پروتکل مسیریابی IPv6 است که توسط کارگروه مهندسی اینترنت (IETF) برای اینترنت اشیا (IoT) استانداردسازی شده است. پروتکل RPL از پروتکل‌های مسیریابی در اینترنت اشیا، یک توپولوژی درخت مانند را شکل می‌دهد که مبتنی بر فرآیند بهینه‌سازی متفاوتی به نام تابع هدف (OF) است. در بیشتر موارد اینترنت اشیا باید با دستگاه‌های کم‌توان و شبکه‌های پراتلاف کار کند، بنابراین، محدودیت‌های اصلی RPL عبارت است از منبع توان محدود، طول عمر شبکه و قابل اطمینان بودن شبکه. توابع هدف برای بهینه‌سازی مسیر به معیارهای مختلفی مانند شمار انتقال‌های مورد انتظار (ETX)، انرژی و نشانگر قدرت سیگنال دریافتی (RSSI) بستگی دارند.
( در وبلاگ اسمارتیک مقاله‌ای در خصوص پروتکل‌های خانه هوشمند نیز نوشته‌ایم.)
چرا آشنا بودن با پروتکل‌های اینترنت اشیا (IoT) حائز اهمیت است؟
زبان مشترک بین سیستم‌ها و ارتباط بین آنها
آنچه یک دستگاه هوشمند را از نمونه‌ی معمولی خود متمایز می‌کند این است که درحالی که دستگاه دومی در صورت خرابی خاموش می‌ماند، اولی قادر است در صورت مواجهه با هر مشکلی با دستگاه‌های دیگر ارتباط برقرار کند و اگر نیاز باشد نقص را به کاربر اطلاع داده و به طور اتوماتیک درخواست کمک کند. اما هر نمونه از این تعامل‌ها تنها زمانی امکان‌پذیر است که یک رسانه‌ی ارتباطی وجود داشته باشد؛ زبانی مشترک که بین همه‌ی دستگاه‌ها در یک اکوسیستم اینترنت اشیا به اشتراک گذاشته شده و دستگاه‌ها بتوانند از آن استفاده کنند.
در اینترنت اشیاء، این رسانه توسط پروتکل های اینترنت اشیاء فراهم می‌شود؛ یا پروتکل‌هایی که مدت‌هاست مورد استفاده قرار می‌گیرد و یا پروتکل‌های IoT که به طور ویژه برای ارتباط دستگاه‌های متصل توسعه یافته است. این یکی از دلایلی است که چرا اینترنت اشیا نیاز به پروتکل IoT استانداردشده دارد. این کار از پراکندگی جلوگیری کرده و بنابراین خطر تهدیدات امنیتی را به حداقل می‌رساند.
(مطلب خانه هوشمند آکووکس نیز می‌تواند برایتان مفید باشد.)
استاندارد جهانی متحد برای ارتباطات اینترنت اشیا
علیرغم توافق عمومی برای وجود یک استاندارد جهانی به منظور متحد ساختن تمام ارتباطات اینترنت اشیا، هنوز هیچ پیشنهادی برای این کار ارائه نشده است. با این وجود، در چند سال گذشته اینترنت اشیا شاهد ظهور پروتکل‌هایی بوده است که هدف آنها مقابله با چالش‌ها و ارائه‌ی تطبیق‌پذیری بدون تهدید امنیت و سرعت و سادگی است. یکی از این پروتکل های اینترنت اشیاء برای رسیدگی به نیازهای واقعی مجموعه‌ای از دستگاه‌های مختلف و فراهم کردن راه‌حل‌های مناسب و در عین حال ارائه‌ی یک استاندارد جهانی، OMA Lightweight M2M است.
پروتکل های امنیتی اینترنت اشیا
از سوی دیگر، تکه تکه شدن در اینترنت اشیا نتیجه‌ی ماهیت خود IoT است؛ ناهمگونی در IoT که با تعدد تکنولوژی‌ها و استانداردها مشخص می‌شود. همچنین جنبه‌های زیادی از IoT وجود دارد که هر کدام با پروتکل خاص خود برای مطابقت با اهداف عمل می‌کند. پروتکل های اینترنت اشیا را می‌توان از نظر نقش آنها در یک شبکه تقسیم‌بندی کرد. پروتکل‌هایی وجود دارند که در زیرساخت‌های اتصال (مانند 6LowPAN)، ارتباطات (وای‌فای و بلوتوث)، انتقال داده (MQTT، CoAP و XMPP)، پروتکل‌های امنیتی اینترنت اشیا (DTLS) و مدیریت دستگاه و تله‌متری (LwM2M) مورد استفاده قرار می‌گیرند.
(پیشنهاد می‌کنیم پس از این مطلب، به مطلب خانه هوشمند ILUXUS نیز سری بزنید.)
اهمیت انتخاب یک پروتکل IoT خاص
در طول دو دهه‌ی گذشته، اینترنت اشیا به سرعت در جهان گسترش پیدا کرده است و راه خود را به شاخه‌های صنعتی متفاوتی مانند تولید، مراقبت‌های بهداشتی، صنعت خودروسازی، امنیت، حمل و نقل و غیره پیدا کرده و برای آنها ارزش اقتصادی به همراه آورده است. امروزه اینترنت اشیا از ده‌ها پروتکل اینترنت اشیا پشتیبانی می‌کند. با توجه به این مساله، بسیاری از متخصصان IoT درخواست استانداردسازی یک پروتکل جهانی دارند. با این وجود، بازار اینترنت اشیا ذاتا تکه تکه شده و احتمالا هرگز نیاز به یک استاندارد جهانی وجود نخواهد داشت. همانطور که برنامه‌های جدید و جدیدتری در صنعت اینترنت اشیا پدیدار می‌شود، پروتکل‌های مناسب هدف نیز ارائه می‌شود. باید بر این نکته تاکید کرد که مدیریت ایمن و موثر دستگاه‌ها، کلید اصلی توسعه‌ی پایدار شبکه‌ی اینترنت اشیا در سراسر جهان است.
هیچ پروتکل ارتباطی واحدی به تنهایی بهترین نیست و همه‌ی پروتکل‌ها برای هر کاربردی مناسب نیستند. درواقع تکنسین‌های سازمانی باید بر اساس شرایط ویژه‌ی استقرار برنامه‌ریزی‌شده‌ی IoT، تعیین کنند کدام پروتکل اینترنت اشیا برای سازمان آنها مناسب‌تر است. در این تصمیم‌گیری باید طیف وسیعی از فاکتورها از نیاز به برق دستگاه‌های متصل و محل قرارگیری دستگاه‌ها، تا اندازه‌ی جغرافیایی و مشخصه‌های محل استقرار آنها و در نهایت ملزومات ایمنی در نظر گرفته شود. به همین دلایل است که توصیف و تعریف انواع پروتکل اینترنت اشیا مهم است. بنابراین، آنچه واقعا مورد نیاز است، دانش و آگاهی از نیازها و الزامات کسب و کار و آگاهی از مزایا و معایب پروتکل‌های ارائه شده در بازار است تا بتوان مناسب‌ترین پروتکل برای یک مورد خاص را انتخاب کرد.
